中文摘要：

具有高光电转换效率的光阳极材料的制备是染料敏化太阳能电池(DSSC)的前沿和热点之一。本项目首先采用化学诱导自转变方法(CIS)制备微米级的氧化钛空心球，然后以该空心球电极为基底进行无机量子点与有机染料的共敏化，构筑新型的量子点共敏化空心球电极，替代传统纳米晶膜电极，研究该DSSC的光电性能。量子点共敏化空心球电极的优点在于综合利用空心球大比表面积，高的染料吸附量，以及对光的强散射提高太阳光的捕获能力；窄带隙量子点在空心球内外表面及孔洞的可控分布，拓宽其吸光范围，而且量子点在空心球表面形成势垒，抑制光激发电子复合；使氧化钛空心球电极和量子点共敏化体系协同作用，有望显著提高DSSC的光电转换效率。我们已采用CIS方法制备出氧化钛空心球，在DSSC中显示了对光散射和电子传输的优势，充分证明了该研究工作设想的可行性。项目的实施将为高效光阳极的研究和应用提供依据，进一步提高DSSC的总效率。

结论摘要：

该项目以分级结构二氧化钛为研究对象，分别从提高染料分子吸附、增强光散射、改善电子传输等方面，设计合成了TiO2空心球、分等级海绵状大孔/介孔二氧化钛、TiO2纳米片和空心盒状TiO2等结构，并通过设计双层薄膜电极结构研究了电池的光电性能。首先，以TiO2纳米棒阵列为底层，TiO2空心球为上层组成的双层薄膜电极，光电效率得到提高的原因可以归功于上层空心球薄膜具有大的比表面积，可以有效的吸附染料；下层纳米棒阵列促进了电子的传输。其次，通过水热法，成功地制备了分等级海绵状大孔/介孔TiO2，设计了P25/海绵状TiO2双层复合薄膜光阳极，其光电效率提高的原因海绵状TiO2不仅具有快速的电子传输和电解质扩散性能，而且表现出强烈的光散射和大的比表面积；而P25很好的改善了海绵状TiO2与FTO接触性能，增加了接触面积，避免了海绵状TiO2与FTO界面之间的空隙的存在，从而减小了电子复合。此外，我们设计了以TiO2纳米片为底层，TiO2空心球为上层的双散射薄膜电极，组装成DSSCs后。研究发现，上下光散射层高的比表面积和强的光散射有助于提高其光电转换效率。最后，采用水热法，并通过煅烧处理后得到的空心盒状TiO2（HB-TiO2）与P25纳米颗粒组合制成TiO2双层薄膜电极，并将其组装成染料敏化太阳能电池。结果表明空心盒状TiO2颗粒尺寸较大，有利于对光的反射, 从而增加了电池对光的利用率；空心盒状TiO2具有（001）晶面，其晶面能较大，易解离COOH，增加了敏化剂和半导体TiO2之间的电子耦合，并且有利于电子向TiO2导带的注入。为了进一步增强DSSCs光阳极薄膜对光的捕获效果，提高电池的光电转换效率，利用无机量子点CdS和Bi2S3，分别与染料N719共敏化纳米TiO2晶膜。研究发现，CdS量子点和Bi2S3量子点的加入调节了纳米TiO2薄膜电极的禁带宽度，使其光响应范围扩展到了可见光区，增加了电池对太阳光的吸收量。此外，CdS量子点（Bi2S3量子点）、TiO2薄膜、FTO导电玻璃的能级呈阶梯式变化，有利于电子的转移和传输，而且空穴通过不同的渠道传输到电解质溶液，有效避免了电子-空穴复合，从而改善了太阳能电池的光电化学性能。